桩-岩摩擦黏着特性的试验与分析

研究桩与岩石的侧摩阻力组成及影响因素,有助于准确地把握桩与岩石的侧摩阻力取值原则。在对桩与岩层的摩擦黏着机制分析的基础上,指出界面力与岩层抗剪力的区别,并提出岩层的极限侧摩阻力由界面强度及岩石强度两者较弱一方决定的观点。进行了中风化岩中4组混凝土短桩的抗压及抗拔极限摩阻力对比试验,获得了相应的极限侧摩阻力值以及抗拔与抗压极限侧摩阻力值的比值。抗拔时由于上部岩层对桩侧岩层的约束作用较弱,会使侧摩阻力相对抗压时有较大降低。通过有限元计算及其与试验值的比较分析,研究短桩与岩层的界面强度条件,发现岩层和混凝土灌注桩间的侧摩阻力中界面黏着力占很大比例。     

砂土中单桩抗拔极限承载力的计算

桩侧极限摩阻力是砂土中单桩抗拔极限承载力的主要组成部分,作为计算桩侧极限摩阻力的关键参数--土侧压力系数K的取值合理与否直接影响到单桩抗拔极限承载力计算的准确度。首先,基于密砂和松砂中的桩在上拔破坏时桩侧土压力分别呈被动和主动状态,同时考虑桩侧摩阻力和桩身表面粗糙度的影响,分别推导了不同相对密实度砂土中的土侧压力系数。然后,利用所得到的土侧压力系数并考虑桩侧单位摩阻力发挥的临界深度,按沿桩-土界面发生圆柱状剪切破坏模式建立了砂土中单桩抗拔极限承载力的计算方法。最后,利用该方法对已有的抗拔桩试验结果进行分析和比较,结果表明计算值与实测值吻合较好。     

锚杆与土体界面渐进破坏的解析解

利用点荷载,作用于半无限空间的Mindlin位移解,考虑锚杆与土体界面的渐进破坏过程,推导出界面摩阻力的微分方程解析解。编制了相应的计算程序,把计算结果和现场试验值进行比较,结果较为吻合,二者的数据都表明,随着锚头拉力的增加,土-锚杆摩阻力峰值逐渐向锚杆末端转移,而锚杆前端则发生部分范围的滑移。然后,利用所求得的解析解,研究了土体弹性模量、锚杆孔径对锚杆摩阻力分布的影响,可见土体弹性模量越大,则界面上的摩阻力越容易达到峰值,从而产生破坏,而锚杆孔径越大,则界面上的摩阻力上升越慢,可延缓破坏过程。     

基于桩土界面摩擦特性和桩周土体应力状态的基桩极限侧阻力分析

结合基桩承载过程中的桩周土体应力状态分析和桩土界面摩擦特性分析,推导出基于土体应力状态的沿桩土界面的土体抗剪强度计算模型和基于界面摩擦特性的界面抗剪强度计算模型。通过对比土体抗剪强度和界面抗剪强度,推导出受该两种强度耦合作用影响的极限侧阻力计算模型,并用上海某工程算例验证该模型的合理性和可行性,同时利用该模型分析不同类型的土的极限侧阻力随埋深的分布规律。结果显示：因内摩擦角和侧压力系数之间的不同关系,极限侧阻力随埋深表现出不同的分布特点,在特定关系下,存在一个临界深度,超过该深度极限侧阻力维持在一个稳定值甚至不断减小直至为零。     

海堤加筋的分析测试与材料选用

人们对土工合成材料加筋在海堤软基处理中的作用与材料选用尚存在明显意见分歧,从而限制了它恰当地应用。通过某一工程实例,数值分析了筋材在包括极限稳定等各种工况下的受力性状及对提高海堤抗滑稳定性的贡献。利用改装后的位移计,对土工格栅应变进行了原位测试。根据数值分析和原位测试成果,探讨了海堤筋材的选用及其设计参数的选取,得到了海堤筋材应首选单向拉伸土工格栅、选用时应同时规定极限延伸率上下限等一些有益的结论     

考虑围护摩阻力的地铁车站结构抗浮安全设计

在地下结构抗浮设计中,较少考虑侧壁摩阻力的作用,对于侧摩阻力的的计算方法也不够明确。抗浮安全系数目前尚无统一规定,主要参照类似工程实践经验确定。在宁波轨道交通工程福庆路站抗拔桩静载试验的基础上,以地铁车站结构为研究对象,经过试验分析,对地下车站结构设计中侧壁摩阻力大小进行计算,进而考虑抗浮安全性对车站结构的临界宽度进行计算,可为地铁车站设计提供指导。     

基于扰动状态概念的桩–土相互作用的新荷载渐进性传递模型

结合扰动状态理论(DSC),详细地分析了桩–土相互作用的荷载渐进性传递机制,提出基于DSC的荷载传递函数及其参数辨识方法。基于Matlab编程,重点分析了模型参数对τ-s曲线的影响规律。分析结果表明,参数η对桩土界面的强度特性的影响具有决定性作用,反映了桩土界面单元强度分布的集中程度,合理地选取参数η可以较好地描述桩–土界面的硬化、软化及弹塑性特性;参数ξ、τ-f对界面的强度特性影响较小,参数的改变只对最大侧摩阻力值产生影响,ξ、τ-f越大,侧阻力的极值也越大,但对τ_s曲线的线形几乎无影响;参数k对界面强度特性和τ-s曲线的线形都有一定的影响,k越大峰值强度越大,界面强度越高,达到侧摩阻力峰值所对应的界面位移越小。结合依托工程,理论模型计算结果与现场试桩实测值吻合较好,检验了该模型的正确与可靠性,对工程实际具有重要指导意义。     

软土地基海堤沉降的有限元模拟

围涂工程的海堤直接坐落在软土地基上,致使地基土受到挤淤、排水固结,产生了较大的沉降量。当前计算海堤沉降基本上按照规范规定以分层沉降总和法为主,辅以软土修正系数,对工后沉降要求结合固结计算和类似工程经验等综合分析确定,对不同的设计人员往往会产生较大的计算误差。如何准确判断海积软土在海堤荷载作用下的沉降变形往往是堤防建造和围海造地等重大工程中的关键环节。为研究海积软土的变形特性,在室内试验和实测沉降的基础上,采用plaxis有限元软件对实际的工程项目全过程施工的模拟,认为采用粘性土弹塑性模型对堤坝沉降变形进行平面应变情况的模拟,沉降模拟跟实测比较接近,并能很好地模拟工后沉降,能解决由经验判断产生的较大误差。     

抗浮锚杆应力-应变状态的线弹性理论分析

假定抗浮锚杆各部分贡献的位移与锚杆轴力均呈线弹性关系,运用力学原理分析锚杆轴力与锚侧摩阻力、锚-土变形之间的相互关系,推导出锚杆的摩阻力、轴力及各部分变形与锚杆各参数的相互关系。实例验证结果表明：基于线弹性模型基础上建立的摩阻力、轴力和位移公式能够较好地描述垂向抗浮锚杆在弹性变形阶段的内力和变形形态;获得了抗浮锚杆摩阻力和剪切位移沿锚固长度的分布规律;证实了锚土界面处变形为土层抗浮锚杆变形的主要部分。     

桩-土间剪切应力的传递探讨

对不同情况下桩-土间剪切应力进行了初步的理论分析,并基于ADINA有限元程序,对不同情况下的桩-土间剪切应力进行了计算对比分析。结果表明,同种土体和桩体条件下,各种模式达到极限状态时桩-土间剪切应力不同,堆载作用下负摩擦力值最大,抗拔桩负摩阻力值最小,桩顶受压桩、托桩的摩阻力值介于其间;桩材泊松比在0.15～0.35范围内时,桩侧摩阻力随泊松比的增大而增大。所得结论有助于进一步认识桩-土相互作用规律以及桩-土荷载传递机制。     

垃圾填埋场斜坡上土工合成材料受力分析

为了评价垃圾填埋场防渗系统材料界面之间的摩擦特性以及土工合成材料端部的应力,进行了模拟试验和有限元分析。采用直接剪切试验,获得了土与短纤维无纺布、短纤维无纺布与HDPE土工膜以及短纤维无纺布与TPO（PE）界面的摩擦角和黏聚力;采用离心模拟试验,得到了伴随土压缩引起的短纤维无纺布和土工膜端部拉应力。试验结果表明：材料界面之间的摩擦角较大,但黏聚力不大;伴随填埋高度的增加,短纤维无纺布和土工膜端部的拉应力也随之增大。运用有限元对土压缩引起的短纤维无纺布和土工膜端部拉应力以及界面的摩擦应力分布进行了分析,并与试验结果进行了对比,分析结果表明：两者基本一致,碾压机械下方土工膜界面之间摩擦应力比较大。     

土工格栅的界面特性试验

有关土工织物界面试验的成果较多,而土工格栅界面试验的成果很少。介绍了单向拉伸格栅和经编格栅的界面试验内容和成果,对土工格栅与砂砾石、粗砂、残积土的界面摩擦系数作出评价,并与有纺土工布的成果进行比较。     

相邻水平平行顶管推进引起的附加荷载分析

利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力在相邻水平平行管道上引起的附加荷载计算公式。探讨了管道净间距、直径、埋深以及土体泊松比对附加荷载分布的影响。分析结果表明,采取注浆措施时后续管道摩擦力在相邻管道上产生较小的压力,其峰值出现在开挖面后方。在正常施工时,正面附加推力引起的附加荷载非常小,使相邻管道开挖面前方产生压力、后方产生拉力,以开挖面呈反对称分布。掘进机摩擦力引起的附加荷载分布规律与正面附加推力相似,但零点位于掘进机中间部位相对应处,其引起的附加荷载较大,在三者共同作用中占主要地位,应予以重视。     

基于尖点突变理论的浆砌块石边坡稳定性研究

根据影响浆砌块石挡土墙边坡稳定性的主要控制变量：挡土墙的垂直度i、挡土墙高度h、填料的内摩擦角 、墙后边坡土的重度 、土对挡土墙基底的摩擦系数 、土对挡土墙墙背的摩擦角 等6个因素变量,利用正交设计原理优化试验设计方案,结合库仑理论与力的多边形法,分析计算浆砌块石挡土墙边坡的安全系数,最后用尖点突变理论的突变级数法进一步判断边坡的稳定性。研究结果表明：影响挡土墙边坡稳定性的6个主要控制变量因素的主次关系为 ;在分析挡土墙边坡稳定性时,采用突变级数法进行计算判断,可以直观地判断边坡的稳定情况,从而弥补工程中运用传统的最小安全系数法进行判断出现的模糊不确定的情况。     

土工袋砌护农田排水沟道边坡稳定性分析

针对宁夏引黄灌区农业灌排工程中排水沟道边坡滑移问题,尝试采用土工袋装新技术砌护农田排水沟道。文中推导了基于土工袋砌护农田排水沟边坡的扩展简化Bishop公式并编写相应计算程序,分别对均质土边坡、土工袋砌护边坡以及考虑流沙地层条件时的均质土边坡和土工袋砌护边坡4种模式进行了稳定性分析。将程序计算结果及其搜索的滑移面位置分别与岩土工程专业数值分析软件GeoStudio2007的计算结果和土工袋砌护沟道示范工程的原位监测结果进行对比,结果显示:（1）相同模式下,自编程序计算结果与GeoStudio2007计算结果比较吻合,说明自编程序计算结果可靠;（2）土工袋砌护形式能使均质土坡的安全系数提高34.5%左右,但对于沟底存在流沙层的情况,仅靠土工袋加固,效果并不明显,建议采用土工袋与抗滑柳桩组合防护形式;（3）原位监测数据表明,土工袋砌护的边坡内部位移量随着深度的增加而增大,其规律与自编程序搜索的滑移面位置趋势基本一致;（4）土工袋砌护边坡的内部位移量、位移年变化量等均小于传统的草土柳桩支档边坡,边坡稳定性较高。     

Safety evaluation of an ancient masonry seawall structure with modified DDA method

The ancient masonry seawall along China’s Qiantang River is an important structure for defending the prosperous estuarine area, including Hangzhou, Jiaxing, and part of Shanghai, against violent floods, tides and waves. Modified discontinuous deformation analysis (DDA) is used here to analyze the failure mechanisms and stability of the blocky seawall structure. The backfilling soil is properly integrated into the DDA model, by means of the proposed soil discretization approach, and with an accurate interface shear strength model that the authors presented. According to the simulation results by the modified DDA, the existing seawall is generally in good state. Nevertheless, routine inspection and early restoration are recommended to avoid progressive failures of the seawall.     

海堤地基固结系数反演与工后沉降分形模型预测

海堤工后沉降分析预测对工程维护和灾害防治具有重要意义。以海堤工后初期监测资料为基础,运用分层总和法和太沙基一维固结理论反演了土层固结系数,并通过对固结系数变化规律的分析,提出采用改进变维分形预测模型对具有较强趋势性的固结系数进行预测,进而对海堤工后可能发生的长期沉降进行预测。以浙江省洞头县北岙后二期东围堤工程的海堤监测数据作为研究对象进行了验证计算,结果表明,该方法反映了实际土体的固结沉降机制,能够较好地预测海堤工后沉降趋势,具有一定的工程实用意义。     

无纺土工织物保土应用中的概率设计准则

保土准则是土工织物反滤准则的重要组成部分,但目前的设计准则保土有余,透水不足。介绍了无纺土工织物的两种孔洞分布曲线,计算了土颗粒透过织物的概率。在理论分析的基础上,提出了一种概率保土准则。该准则对土体中的骨架颗粒和小颗粒透过织物的概率分别加以限制,既能保持土体稳定,又能防止淤堵。     

滨海软基上膜袋围堰稳定性分析及沉降预测研究

根据软土地基上膜袋围堰自身特性,考虑土工膜袋纵向抗拉强度的影响,建立了膜袋围堰整体稳定性分析模型,定量研究了土工织物膜袋抗拉力、袋内填充土体强度参数以及膜袋充填厚度对围堰整体安全系数的影响。对膜袋围堰场地进行了现场沉降观测,根据室内软土的固结试验和渗透性试验,结合观测数据对常值参数灰色模型预测方法进行修正,利用修正模型对围堰的长期沉降进行了预测。研究结果表明：围堰整体安全系数随着土工织物膜袋抗拉强度及袋内填充土体强度参数的增大显著增加;随着膜袋充填厚度增大,围堰整体安全系数先迅速降低,后趋于稳定。软土地基的固结特性与其长期沉降有紧密关系,实际预测时应根据不同软土的固结性质选取沉降预测模型,以提高预测精度。     

软土地基上海堤变形与失稳的离心模型试验与数值分析

软土地基上海堤的沉降及稳定性是围垦海堤工程的关键问题。针对海堤工程开展离心机模型试验,分别通过变加速度法及恒加速度法模拟海堤填筑过程和竣工后稳定运行过程,得到了海堤施工期及工后沉降变化规律,并通过PIV技术观察海堤的破坏模式;在此基础上,采用GeoStudio软件分别基于总应力及有效应力分析法,分析了海堤施工期及竣工后稳定运行期海堤的整体稳定性随时间变化规律。物理和数值模拟结果表明,离心模型试验能一定程度上模拟海堤的变形及失稳情况,且与数值分析结果吻合较好。海堤施工期瞬时失稳的滑裂面贯穿软土地基,并使海堤滑体发生了超过1 m的瞬时沉降。海堤填筑完成后地基超静孔隙水压力逐渐消散、海堤稳定性安全系数随时间不断提高。海堤竖向和水平位移最大值分别位于堤轴线处及坡脚处。